[工学]第02章 热力学第一定律
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
解：已知：n =1 mol （理想气体）, T1=373.15K, V1=10.0dm3 T2=244.0K, p2=100.0 kPa
求此过程的W, Q , ΔU , ΔH。
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2020/3/1
n =1 mol
n =1 mol
T1=373.15K, 绝热恒外压膨胀 T2=244.0K,
= 20.3 dm3 代入上式求出体积功
W = -100.0 (20.3 -10.0) = - 1.03 kJ
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2020/3/1
根据热力学第一定律
ΔU = Q + W = - 1.03 kJ ΔH = ΔU +Δ(pV)
=ΔU + (p2V2-p1V1) = ΔU +nR (T2 - T1) = - 1.03 +8.314(244.0-373.15)/1000
因为在等压、不作非膨胀功的条件下，焓变等于
等压热效应。QP 、 QV 容易测定，从而可求其它热 力学函数的变化值。
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2020/3/1
注意：
（1）焓是状态函数 定义式中焓由状态函 数组成; 是容量性质；绝对值无法测量。
（2）焓不是能量 虽然具有能量的单位， 但不遵守能量守恒定律。
V1=10.0dm3
p2=100.0 kPa
过程特点：
气体迅速膨胀可视为绝热过程，所以该 过程是绝热恒外压膨胀。
因此 ，Q = 0 ； W = -pe (V2 - V1）
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2020/3/1
其中，终态体积由理想气体状态方程求出 V2= nRT2 / p2 = 1×8.314×244.0 / 100.0
讨论：
(1).进行单位化学反应,在等温(T)等压(p)无其它功 (W′=0)条件下 的热效应Qp 应记作ΔrHm(T,p)，简称反 应的摩尔焓（变），单位为 J·mol-1。
(2).在等温、等压相变过程中:
蒸发热为 gl H ，熔化热为 ls H ,
单位为 J·mol-1
(3). ΔH=Qp 是热力学第一定律在等压无其它功条 件下的一种特殊形式。
p420
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2020/3/1
讨论
关于摩尔热容讨论几点： 1、 CP=f (T)，CV=f’(T)可以从理想气体的内能和焓只 是温 度的函数性质证明，因此适用于低压下的气体。 对高 压气体必须作压力修正；
2、对液体与固体CP与CV差别较小，可以近似相等；
3、理想气体的热容通常情况下可以近似为常数： 单原子分子：CP =（5/2）R，CV=（3/2）R 双原子分子：CP =（7/2）R，CV=（5/2）R
返回
2020/3/1
二. 等压热容Cp 、等容热容Cv
1.等压热容Cp：
Cp
Qp dT
(HT
)p
H Qp CpdT
2.等容热容Cv：
CV
QV dT
(UT )V
U QV CV dT
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2020/3/1
三. 热容与温度的关系：
热容与温度的函数关系因物质、物态和温 度区间的不同而有不同的形式。例如，气体 的等压摩尔热容与T 的关系有如下经验式：
Cp,m a bT cT 2
或
Cp,m a bT c'/T 2
式中a,b,c,c’,... 是经验常数，由各种物质本 身的特性决定，可从热力学数据表中查找。
上一内容
下一内容
ΔH=Qp
回主目录
返回
2020/3/1
dH = QP ΔH=Qp
物理意义：在等压无其它功过程中，系统 所吸收的热Qp，全部用于使系统的焓值增 加。 公式使用的条件：热力学平衡态、封闭系 统、等压只有体积功(无其它功)
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2020/3/1
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2020/3/1
3. ΔU与 QV
在等容无其它功的条件下发生状态变化。 由dU =Q +W式出发，因为，dV=0, W =0 ， 故 dU = QV 对于有限变化，ΔU=QV
物理意义：在等容无其它功的过程中，系统吸收的 热 QV 全部用来增加系统的内能。
(温度变化很小)
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2020/3/1
2.比热容：
规定物质的数量为1 g（或1 kg）的热容。
它的单位是 J·K-1·g-1或
J·K-1·Kg-1
3.摩尔热容Cm： 规定物质的数量为1 mol的热容。 单位为：J·K-1·mol-1
上一内容 下一内容 回主目录
换言之，在此条件下进行的化学反应，吸收(或放出) 的热 QV 在数值上等于系统的内能的改变值。
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2020/3/1
例
1mol理想气体初态为373.15K，10.0 dm3， 反抗恒外压Pө迅速膨胀到终态温度244.0K， Pө压力。求此过程的W, Q , ΔU , ΔH。
物理化学电子教案
成都信息工程学院资源学院
成都信息工程学院资源学院环境工程教研室 /
1.4 焓 （enthalpy）
1.焓的定义式： H = U + pV
对于微小的变化 dH=dU+d(pV)
=dU+Vdp+pdV
对于有限的变化 ΔH=ΔU+Δ(pV) 为什么要定义焓？
= - 2.10 kJ
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2020/3/1
1.5 热容(heat capacity）
一.热容定义：
对于组成不变的均相封闭体系，不考
虑非膨胀功，设体系吸热Q，温度从T1 升 高到T2,则：
1.平均热容定义：
C Q T2 T1
C
Q dT
单位 J K 1
（3） H的单位 J或 kJ 。
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2020/3/1
2. ΔH与Qp
因为：dH=dU+d(pV) =dU+Vdp+pdV 将热力学第一定律数学表达式dU =Q +W 代入得： dH = Q +W ＋Vdp+pdV
若 dp=0 ，且W ＝ -pdV
上式可以简化为： dH = QP 对于等压无其它功的有限变化过程， 则
求此过程的W, Q , ΔU , ΔH。
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2020/3/1
n =1 mol
n =1 mol
T1=373.15K, 绝热恒外压膨胀 T2=244.0K,
= 20.3 dm3 代入上式求出体积功
W = -100.0 (20.3 -10.0) = - 1.03 kJ
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2020/3/1
根据热力学第一定律
ΔU = Q + W = - 1.03 kJ ΔH = ΔU +Δ(pV)
=ΔU + (p2V2-p1V1) = ΔU +nR (T2 - T1) = - 1.03 +8.314(244.0-373.15)/1000
因为在等压、不作非膨胀功的条件下，焓变等于
等压热效应。QP 、 QV 容易测定，从而可求其它热 力学函数的变化值。
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2020/3/1
注意：
（1）焓是状态函数 定义式中焓由状态函 数组成; 是容量性质；绝对值无法测量。
（2）焓不是能量 虽然具有能量的单位， 但不遵守能量守恒定律。
V1=10.0dm3
p2=100.0 kPa
过程特点：
气体迅速膨胀可视为绝热过程，所以该 过程是绝热恒外压膨胀。
因此 ，Q = 0 ； W = -pe (V2 - V1）
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2020/3/1
其中，终态体积由理想气体状态方程求出 V2= nRT2 / p2 = 1×8.314×244.0 / 100.0
讨论：
(1).进行单位化学反应,在等温(T)等压(p)无其它功 (W′=0)条件下 的热效应Qp 应记作ΔrHm(T,p)，简称反 应的摩尔焓（变），单位为 J·mol-1。
(2).在等温、等压相变过程中:
蒸发热为 gl H ，熔化热为 ls H ,
单位为 J·mol-1
(3). ΔH=Qp 是热力学第一定律在等压无其它功条 件下的一种特殊形式。
p420
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2020/3/1
讨论
关于摩尔热容讨论几点： 1、 CP=f (T)，CV=f’(T)可以从理想气体的内能和焓只 是温 度的函数性质证明，因此适用于低压下的气体。 对高 压气体必须作压力修正；
2、对液体与固体CP与CV差别较小，可以近似相等；
3、理想气体的热容通常情况下可以近似为常数： 单原子分子：CP =（5/2）R，CV=（3/2）R 双原子分子：CP =（7/2）R，CV=（5/2）R
返回
2020/3/1
二. 等压热容Cp 、等容热容Cv
1.等压热容Cp：
Cp
Qp dT
(HT
)p
H Qp CpdT
2.等容热容Cv：
CV
QV dT
(UT )V
U QV CV dT
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2020/3/1
三. 热容与温度的关系：
热容与温度的函数关系因物质、物态和温 度区间的不同而有不同的形式。例如，气体 的等压摩尔热容与T 的关系有如下经验式：
Cp,m a bT cT 2
或
Cp,m a bT c'/T 2
式中a,b,c,c’,... 是经验常数，由各种物质本 身的特性决定，可从热力学数据表中查找。
上一内容
下一内容
ΔH=Qp
回主目录
返回
2020/3/1
dH = QP ΔH=Qp
物理意义：在等压无其它功过程中，系统 所吸收的热Qp，全部用于使系统的焓值增 加。 公式使用的条件：热力学平衡态、封闭系 统、等压只有体积功(无其它功)
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2020/3/1
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2020/3/1
3. ΔU与 QV
在等容无其它功的条件下发生状态变化。 由dU =Q +W式出发，因为，dV=0, W =0 ， 故 dU = QV 对于有限变化，ΔU=QV
物理意义：在等容无其它功的过程中，系统吸收的 热 QV 全部用来增加系统的内能。
(温度变化很小)
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2020/3/1
2.比热容：
规定物质的数量为1 g（或1 kg）的热容。
它的单位是 J·K-1·g-1或
J·K-1·Kg-1
3.摩尔热容Cm： 规定物质的数量为1 mol的热容。 单位为：J·K-1·mol-1
上一内容 下一内容 回主目录
换言之，在此条件下进行的化学反应，吸收(或放出) 的热 QV 在数值上等于系统的内能的改变值。
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2020/3/1
例
1mol理想气体初态为373.15K，10.0 dm3， 反抗恒外压Pө迅速膨胀到终态温度244.0K， Pө压力。求此过程的W, Q , ΔU , ΔH。
物理化学电子教案
成都信息工程学院资源学院
成都信息工程学院资源学院环境工程教研室 /
1.4 焓 （enthalpy）
1.焓的定义式： H = U + pV
对于微小的变化 dH=dU+d(pV)
=dU+Vdp+pdV
对于有限的变化 ΔH=ΔU+Δ(pV) 为什么要定义焓？
= - 2.10 kJ
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2020/3/1
1.5 热容(heat capacity）
一.热容定义：
对于组成不变的均相封闭体系，不考
虑非膨胀功，设体系吸热Q，温度从T1 升 高到T2,则：
1.平均热容定义：
C Q T2 T1
C
Q dT
单位 J K 1
（3） H的单位 J或 kJ 。
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2020/3/1
2. ΔH与Qp
因为：dH=dU+d(pV) =dU+Vdp+pdV 将热力学第一定律数学表达式dU =Q +W 代入得： dH = Q +W ＋Vdp+pdV
若 dp=0 ，且W ＝ -pdV
上式可以简化为： dH = QP 对于等压无其它功的有限变化过程， 则